关于Redis网络模型的源码详析

(编辑：jimmy 日期: 2024/11/10 浏览：2)

前言

Redis的网络模型是基于I/O多路复用程序来实现的。源码中包含四种多路复用函数库epoll、select、evport、kqueue。在程序编译时会根据系统自动选择这四种库其中之一。下面以epoll为例，来分析Redis的I/O模块的源码。

epoll系统调用方法

Redis网络事件处理模块的代码都是围绕epoll那三个系统方法来写的。先把这三个方法弄清楚，后面就不难了。

epfd = epoll_create(1024);

创建epoll实例

参数：表示该 epoll 实例最多可监听的 socket fd（文件描述符）数量。

返回： epoll 专用的文件描述符。

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)

管理epoll中的事件，对事件进行注册、修改和删除。

参数：
epfd：epoll实例的文件描述符；
op：取值三种：EPOLL_CTL_ADD 注册、EPOLL_CTL_MOD 修改、EPOLL_CTL_DEL 删除；
fd：socket的文件描述符；
epoll_event *event：事件

event代表一个事件，类似于Java NIO中的channel“通道”。epoll_event 的结构如下：

typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd; /* socket文件描述符 */
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
} epoll_data_t;

struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epoll events 就是各种待监听操作的操作码求与的结果，例如EPOLLIN（fd可读）、EPOLLOUT（fd可写） */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, intmaxevents, int timeout);

等待事件是否就绪，类似于Java NIO中 select 方法。如果事件就绪，将就绪的event存入events数组中。

参数
epfd：epoll实例的文件描述符；
events：已就绪的事件数组；
intmaxevents：每次能处理的事件数；
timeout：阻塞时间，等待产生就绪事件的超时值。

源码分析

事件

Redis事件系统中将事件分为两种类型：

文件事件；网络套接字对应的事件；
时间事件：Redis中一些定时操作事件，例如 serverCron 函数。

下面从事件的注册、触发两个流程对源码进行分析

绑定事件

建立 eventLoop

在 initServer方法（由 redis.c 的 main 函数调用）中,在建立 RedisDb 对象的同时，会初始化一个“eventLoop”对象，我称之为事件处理器对象。结构体的关键成员变量如下所示：

struct aeEventLoop｛
aeFileEvent *events;//已注册的文件事件数组
aeFiredEvent *fired;//已就绪的文件事件数组
aeTimeEvent *timeEventHead;//时间事件数组
...
｝

初始化 eventLoop 在 ae.c 的“aeCreateEventLoop”方法中执行。该方法中除了初始化 eventLoop 还调用如下方法初始化了一个 epoll 实例。

/*
 * ae_epoll.c
 * 创建一个新的 epoll 实例，并将它赋值给 eventLoop
 */
static int aeApiCreate(aeEventLoop *eventLoop) {

  aeApiState *state = zmalloc(sizeof(aeApiState));

  if (!state) return -1;

  // 初始化事件槽空间
  state->events = zmalloc(sizeof(struct epoll_event)*eventLoop->setsize);
  if (!state->events) {
    zfree(state);
    return -1;
  }

  // 创建 epoll 实例
  state->epfd = epoll_create(1024); /* 1024 is just a hint for the kernel */
  if (state->epfd == -1) {
    zfree(state->events);
    zfree(state);
    return -1;
  }

  // 赋值给 eventLoop
  eventLoop->apidata = state;
  return 0;
}

也正是在此处调用了系统方法“epoll_create”。这里的state是一个aeApiState结构，如下所示：

/*
 * 事件状态
 */
typedef struct aeApiState {

  // epoll 实例描述符
  int epfd;

  // 事件槽
  struct epoll_event *events;

} aeApiState;

这个 state 由 eventLoop->apidata 来记录。

绑定ip端口与句柄

通过 listenToPort 方法开启TCP端口，每个IP端口会对应一个文件描述符 ipfd（因为服务器可能会有多个ip地址）

// 打开 TCP 监听端口，用于等待客户端的命令请求
if (server.port != 0 &&
  listenToPort(server.port,server.ipfd,&server.ipfd_count) == REDIS_ERR)
  exit(1);

注意：*eventLoop 和 ipfd 分别被 server.el 和 server.ipfd[] 引用。server 是结构体 RedisServer 的实例，是Redis的全局变量。

注册事件

如下所示代码，为每一个文件描述符绑定一个事件函数

// initServer方法：
for (j = 0; j < server.ipfd_count; j++) {
  if (aeCreateFileEvent(server.el, server.ipfd[j], AE_READABLE,
    acceptTcpHandler,NULL) == AE_ERR)
    {
      redisPanic(
        "Unrecoverable error creating server.ipfd file event.");
    }
}
// ae.c 中的 aeCreateFileEvent 方法
/*
 * 根据 mask 参数的值，监听 fd 文件的状态，
 * 当 fd 可用时，执行 proc 函数
 */
int aeCreateFileEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask,
    aeFileProc *proc, void *clientData)
{
  if (fd >= eventLoop->setsize) {
    errno = ERANGE;
    return AE_ERR;
  }

  if (fd >= eventLoop->setsize) return AE_ERR;

  // 取出文件事件结构
  aeFileEvent *fe = &eventLoop->events[fd];

  // 监听指定 fd 的指定事件
  if (aeApiAddEvent(eventLoop, fd, mask) == -1)
    return AE_ERR;

  // 设置文件事件类型，以及事件的处理器
  fe->mask |= mask;
  if (mask & AE_READABLE) fe->rfileProc = proc;
  if (mask & AE_WRITABLE) fe->wfileProc = proc;

  // 私有数据
  fe->clientData = clientData;

  // 如果有需要，更新事件处理器的最大 fd
  if (fd > eventLoop->maxfd)
    eventLoop->maxfd = fd;

  return AE_OK;
}

aeCreateFileEvent 函数中有一个方法调用：aeApiAddEvent，代码如下

/*
 * ae_epoll.c
 * 关联给定事件到 fd
 */
static int aeApiAddEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask) {
  aeApiState *state = eventLoop->apidata;
  struct epoll_event ee;

  /* If the fd was already monitored for some event, we need a MOD
   * operation. Otherwise we need an ADD operation. 
   *
   * 如果 fd 没有关联任何事件，那么这是一个 ADD 操作。
   *
   * 如果已经关联了某个/某些事件，那么这是一个 MOD 操作。
   */
  int op = eventLoop->events[fd].mask == AE_NONE "htmlcode">

/*
 * 事件处理器的主循环
 */
void aeMain(aeEventLoop *eventLoop) {

  eventLoop->stop = 0;

  while (!eventLoop->stop) {

    // 如果有需要在事件处理前执行的函数，那么运行它
    if (eventLoop->beforesleep != NULL)
      eventLoop->beforesleep(eventLoop);

    // 开始处理事件
    aeProcessEvents(eventLoop, AE_ALL_EVENTS);
  }
}


上述代码会调用 aeProcessEvents 方法用于处理事件，方法如下所示


/* Process every pending time event, then every pending file event
 * (that may be registered by time event callbacks just processed).
 *
 * 处理所有已到达的时间事件，以及所有已就绪的文件事件。
 * 函数的返回值为已处理事件的数量
 */
 int aeProcessEvents(aeEventLoop *eventLoop, int flags)
{
  int processed = 0, numevents;

  /* Nothing to do"htmlcode">

/*
 * 获取可执行事件
 */
static int aeApiPoll(aeEventLoop *eventLoop, struct timeval *tvp) {
  aeApiState *state = eventLoop->apidata;
  int retval, numevents = 0;

  // 等待时间
  retval = epoll_wait(state->epfd,state->events,eventLoop->setsize,
      tvp "color: #ff0000">总结
Redis的网络模块其实是一个简易的Reactor模式。本文顺着“服务端注册事件——>接受客户端连接——>监听事件是否就绪——>执行事件”这样的路线，来分析Redis源码，描述了Redis接受客户端connect的过程。实际上NIO的思想都基本类似。

        
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